Физико-химические методы исследования биополимеров: Структурная формула соединения

Содержание

1. Очень краткое введение
2. Одномерный ЯМР
3. Масс спектрометрия высокого разрешения
4. Двумерный

История (Нобелевские премии)

1943 Отто Штерн
Открытие спина ядер

1944 Исидор Раби
Магнитный резонанс в

Древний ЯМР-Спектрометр

1991 - Фурье ЯМР

Ричард Эрнст
Нобелевская премия (1991)
“За вклад в развите
Методов

2002 — За развитие методов идентификации и структурного анализа биологических макромолекул

Джон

2003 — за открытие магнитно-резонансной томографии

Пауль Ц. Лаутербур

Пауль Ц. Лаутербур

Питер Мансфилд

Ядерный магнитный резонанс

ЯМР-активные изотопы

Гипотетический ЯМР спектр в поле 1Т

Химический сдвиг

Химические сдвиги 1Н

Химические сдвиги 13С

Химические сдвиги разные у разных атомов, даже у очень похожих

RCS Adv

Чувствительность ЯМР

Чувствительность ЯМР

Повышаем B0 — сверхпроводящие магниты
Работаем с ядрами с высоким γ

Применение ЯМР-спектроскопии

Оценка чистоты, контроль химических реакций
Идентификация неизвестных химических соединений
Метаболомика
Получение структуры низкомолекулярных

Где нужны химические формулы?

Установление химических формул новых природных соединений при «нулевых»

Метаболические пути живой клетки http://www.genome.jp/kegg-bin/show_pathway?map01100

Физические методы которые могут помочь для установления структурной формулы

ЯМР-спектроскопия
«+» Структурная формула или

Масс-спектры

ЯМР спектры

Два пути к структурной формуле

СОВПАЛО?

Современный масс-спектрометр

Масс спектр

На самом деле :(

Если известна формула

Если известна масса? пример: ESI MH+=324.1067

Как убрать очевидную бессмыслицу?

Ненасыщенность (unsatutarion) http://www.chemcalc.org/mf_finder/mfFinder_em_new

C учетом ненасыщенности ESI MH+=324.1067

Современные ЯМР спектрометры

На чем снимаем?

Что снимаем?

Одномерный 1Н спектр от секунд до минут
Двумерные 1Н-1Н (гомоядерные) спектры от 10

Когда НЕ снимаем?

Когда не растворяется ни в одном из растворителей, используемых

Растворители для ЯМР спектроскопии: H2O

H2O + 10% D2O. Используется для расчета

Растворители для ЯМР спектроскопии: D2O (D=2H)

Хорошо подходит для образцов, не содержащих

Другие растворители

Мультиплетность сигналов 1H

Мультиплетность сигналов 1H

Сложные мультиплеты

Ложные мультиплеты

Интегралы показывают число протонов в мультиплете

Химические сдвиги 1Н

Метилы C−CH3 0÷1.5 м.д.
Метилы N,O−CH3 3−4 м.д.
Метилены С−СН1,2

Химические сдвиги 1Н

Химические сдвиги 13С

Метилы C−CH3 5-15 м.д.
Метилены С−СН1,2 20−60 м.д.
Метилены O−СН1,2 60−90

Химические сдвиги 13С

Виды 2D ЯМР спектров, используемые для определения строения молекул

Гомоядерная спектроскопия (1H­1H):
2D COSY
2D

Импульсные последовательности

Зачем нужен 2D ЯМР?

Двумерная спектроскопия ЯМР

Джин Джинер.
1971. Предложена идея метода 2D спектроскопии ЯМР.
1979.

2D COSY (COrrelation SpectroscopY)

2D TOCSY (TOtal Correlation SpectroscopY)

TOCSY/COSY спектры позволяют выделить спиновые системы

2D HSQC (Heteronuclear Single Quantum Coherence)

2D HMBC (Heteronuclear Multiple Bond Correlation)

HMBC связывает спиновые системы друг с другом

Порядок действий

Биолюминесценция Fridericia heliota

Firdericia CompX

Fridericia AsLn2

Fridericia Luciferin 5 микрограмм образца

Fridericia Luciferin 5 микрограмм образца

COSY

Fridericia Luciferin 5 микрограмм образца

13C-HSQC

Fridericia Luciferin 5 микрограмм образца

pH-зависимость ЯМР-спектра

Fridericia Luciferin варианты структуры

Fridericia Luciferin сравнение спектров

Биолюминесценция Fridericia heliota

Другие компоненты Fridericia heliota новая пептидная химия?

Возможные пути биосинтеза люциферина

Красивая картинка для обложки журнала

Окисление люциферина люциферазой

Изменение 1Н ЯМР-спектра

Изменения в спектрах COSY и HSQC

Механизм биолюминесценции:
сравнение светлячков и червяков

Грибы

Опёнок
биолюминесцентный

Чешуйчатка
НЕ биолюминесцентный

Нам помогли не светящиеся грибы!

Люциферин грибов — 3-гидроксигиспидин

Второй люциферин подряд после 25-летнего перерыва :)